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EL USO DE PROGRAMAS DE SIMULACIN EN FSICA II - Parte 1 A. Introduccin. B. Simulacin. C. Simulacin y Fsica II. D. Planificacin y Estrategia Didctica. E. Gua rpida de utilizacin del MicroSim. T. Primer tutorial de simulacin A. Introduccin Esta gua se enmarca dentro de un trabajo prctico de tesis que pretende relevar los efectos de los programas de simulacin en la enseanza y en el aprendizaje de circuitos elctricos y electrnicos. Los principales objetivos que se pretenden alcanzar con este trabajo son: Permitir que la simulacin se constituya en una herramienta de enseanza que posibilite disponer en el aula de un laboratorio virtual, poner a disposicin del estudiante de una herramienta de autoaprendizaje que le permita repasar los conceptos tericos, comprobar los resultados obtenidos en sus trabajos prcticos y a su vez asistir a los laboratorios con una preparacin adecuada que le permita ahorrar tiempo en el cableado dedicndose especficamente a realizar las mediciones con una clara actitud de control sobre sus acciones. B. Simulacin Gracias a los grandes adelantos tecnolgicos de los ltimos aos es posible disponer en las computadoras personales de programas que hasta hace no muchos aos solo podan correrse en grandes computadoras. Entre estos programas se encuentran los de simulacin y dentro de estos, especficamente los de circuitos electrnicos. Su utilizacin permite disponer de un laboratorio virtual, es decir, es posible armar circuitos y probarlos sin tener los dispositivos y los instrumentos usuales de un laboratorio real. Si bien estos programas fueron concebidos inicialmente con fines profesionales de diseo, se ha difundido su utilizacin en todas las universidades del mundo. En virtud de que los creadores de uno de los programas de simulacin ms utilizados (Pspice) fueron docentes y alumnos y de que estos pusieron a disposicin gratuita este programa, las empresas que han explotado su comercializacin distribuyen gratuitamente versiones de evaluacin que son ampliamente utilizadas para la enseanza y aprendizaje de circuitos en el mundo universitario. C. Simulacin y Fsica II Dentro de los contenidos de Fsica II, asignatura dictada en la Facultad de Ingeniera de Ober para las carreras de Electromecnica, Civil, Electrnica e Industrial se destacan inicialmente dos temas en los que podra ser factible la utilizacin de simulacin en el dictado de Electricidad y Magnetismo. Por un lado el tratamiento de un circuito RC frente a situaciones transitorias (carga y descarga de un capacitor) y por otro el anlisis de los fenmenos de resonancia serie y paralelo en circuitos RLC. D. Planificacin y Estrategia Didctica En la enseanza se ha comprobado la eficacia de la participacin activa del estudiante en la elaboracin de su propio conocimiento, en el caso especfico del aprendizaje del comportamiento de dispositivos electrnicos y su funcionamiento dentro de circuitos electrnicos es fundamental la realizacin de los respectivos laboratorios. En determinadas circunstancias y por cuestiones deLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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diversa ndole resulta imposible llevar a cabo todos los trabajos de laboratorio que seran necesario realizar para consolidar los conocimientos adquiridos por el alumno en las clases tericas y prcticas. Entre otros motivos podemos mencionar la falta de infraestructura edilicia que posibilite el ingreso de un buen nmero de comisiones, la disponibilidad del personal para la adecuada asistencia, el equipamiento necesario, etc. En estas circunstancias, disponer de un laboratorio virtual (programas de simulacin) permite aliviar esta situacin de carencia sin dejar de recalcar que no es posible reemplazar el efecto didctico de la experiencia de aprendizaje del laboratorio. Para el caso actual de esta experiencia, se propone como estrategia didctica la realizacin de los trabajos prcticos tradicionales que consisten en la resolucin de problemas con circuitos RC, una sesin de familiarizacin con un programa de simulacin y la implementacin de circuitos que posteriormente se comprobarn en el laboratorio. En esta etapa es fundamental dedicar un tiempo al laboratorio virtual, redunda en una confianza de parte del estudiante hacia lo que va a enfrentar en el laboratorio. El estudiante as preparado asiste a esta instancia de laboratorio con una imagen mental del conexionado, a cada paso va prediciendo aproximadamente los resultados de las mediciones, est en condiciones de deducir si algo se est haciendo errneamente y si alguna medicin est proporcionando datos invlidos. E. Gua rpida de utilizacin del MicroSim Se describirn los primeros pasos en la utilizacin de los utilitarios que ms se podran aprovechar en esta instancia introductoria que son el Schematics, PSpice A/D y el Probe. Con el Schematics bsicamente se dibuja el circuito de nuestro inters. Es necesario aclarar que la simulacin, es decir los tres utilitarios antes mencionados, solo funcionan con un circuito completamente descrito. No es posible proporcionar una seal de salida y a partir de ella pedir al programa que elabore un circuito, o pedirle que calcule un dispositivo del circuito. En nuestro caso particular vamos a trabajar con circuitos RC, es necesario para ello especificar una fuente de alimentacin, un resistor, un capacitor y un instrumento de medicin de corriente tal como lo haramos en un laboratorio. Una primera diferencia es que podemos equivocarnos en esta etapa sin quemar ni dispositivos, ni fuente ni instrumento y esto creo que es un aspecto importante de esta herramienta. De hecho, para que todo esto tenga sentido y el estudiante no pierda tiempo, es necesario que dedique primeramente tiempo a estudiar el aspecto terico que est involucrado en el estudio de estos circuitos, esto implica recordar rudimentos de ecuaciones diferenciales con condiciones iniciales, rudimentos de capacitores, de resistores, de fuentes de alimentacin y de medicin de corriente. Sin duda que esto sirve tanto para encarar una sesin de simulacin como para asistir a un laboratorio. De nada sirve realizar, grabar e imprimir simulaciones o tomar mediciones en el laboratorio si no se tiene idea de lo que se est realizando. Como conviene que en la experiencia de simulacin se reproduzca lo ms fielmente la experiencia de laboratorio, debemos inicialmente conocer de qu elementos contamos y en qu consistir la experiencia. A los efectos de poder tomar mediciones de corriente en funcin del tiempo con cierta comodidad, se han seleccionado valores de R y C bastante elevados, digamos resistores de 1 Megohm que pueden interconectarse en serie a fin de obtener valores mayores y capacitores de 32 y 64 F. La fuente de alimentacin se setea en un valor cualquiera entre 5 y 20 voltios y los otros dos elementos que participan son la llave conmutadora y el microampermetro. Inicialmente imaginemos que vamos a ensayar la carga de un capacitor de 32 F a partir de un resistor de 4 Megohms y una fuente de alimentacin de 10 voltios. En la sesin prctica de clculo, esto nos llevara a esquematizar inicialmente el circuito, desarrollar la ecuacin diferencial, resolverla y hallar varios puntos a fin de graficar la corriente que circulara por el circuito una vez cerrado el interruptor. Probablemente el primer valor que surge es la corriente I0 que circula al cerrarse la llave y que encuentra al capacitor totalmente descargaLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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do lo que nos lleva a considerar en el clculo solamente la fuente y el resistor. U I0 = R Otro valor que surge es el decaimiento de dicha corriente al 63% de su valor a un tiempo = RC . Se puede decir que el capacitor se ha cargado totalmente en aproximadamente 5 veces la constante de tiempo t = 5 ! VC U pero esto difcilmente podr ser medido en el laboratorio debido al tiempo que esto involucrara, en cambio podremos implementarlo en la simulacin. Alrededor de estos puntos se van dando valores a la solucin de la ecuacin diferencial y se obtiene una curva que es lo que el alumno debe esperar encontrar tanto en la simulacin como en la prctica de laboratorio. T. Primer tutorial de simulacin T1. Seleccin de dispositivos. T2. Ubicacin de los dispositivos. T3. Modificar caractersticas de los dispositivos. T4. Conectar los dispositivos. T5. Insertar un instrumento. T6. Especificar un anlisis transitorio. T7. Corriendo la simulacin. T8. Visualizacin de las seales. T9. Realizando mediciones en el Probe. T10. Anlisis paramtrico. Como en general se aprende ms rpidamente llevando a cabo una accin, comencemos a implementar una sesin de simulacin. Para ello haga doble click (en lo sucesivo solo se escribir 2click) en el icono del Schematics si est en la pantalla del Windows o de lo contrario deber ir a Inicio - Programas - MicroSim Eval 8. T1. Seleccin de dispositivos: Se encuentra con la primer pantalla del Schematics y con el rea de trabajo limpia. Lo primero que se realiza es ir trayendo los elementos del circuito. Para ello tiene las siguientes opciones: 1. Del men Draw, la opcin Place Part. 2. Atajo de teclas Ctrl+P. 3. Click en el icono con una compuerta y un binocular. 4. Cuadro de dilogo que se encuentra al lado del icono anterior, se trata de un espacio para rellenar que a su vez es desplegable a fin de que pueda volver a buscar algo que ya coloc en el circuito. El icono mencionado lo lleva a las libreras de dispositivos que ser materia de estudio en un tutorial posterior, por lo pronto debe conformarse con ingresar los elementos que se vayan mencionando en el citado cuadro de dilogo. A los efectos de simplificar el anlisis vamos a esquematizar el circuito tomando solamente la experiencia de carga del capacitor. Para ello click dentro del cuadro de dialogo y tipeamos la fuente VPULSE que utilizaremos para esta experiencia, a continuacin Enter y con el ratn la lleva al rea deLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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trabajo, con un click ubica el elemento y con un click izquierdo (llamaremos a esta accin cleck) deja de colocar fuentes. A continuacin click en el cuadro de dilogo de dispositivos y tipea R, luego Enter. Ubica el dispositivo conforme al ejemplo de la derecha y realiza idntico procedimiento con C y AGND. No incluimos ninguna llave pues la caracterstica de V1 permite determinar la conexin de la fuente al resto del circuito para t = 0. T2. Ubicacin de los dispositivos: Seguidamente vamos a adecuar los dispositivos a nuestros requerimientos, para ello click sobre C1 hasta que su color cambie a rojo indicando que ha sido seleccionado. Para rotarlo y ubicarlo de manera conveniente presione CTRL-R, luego con el ratn traslade a C1 quedando este paralelo a la fuente. T3. Modificar caractersticas de los dispositivos: Cambiemos los nombres de los dispositivos, para esto 2click sobre el nombre de la fuente (V1) y cambiamos por U, lo mismo para R1 y C1 dejando como se ve en el ejemplo. Los valores iniciales que utilizaremos para nuestra primera simulacin sern 4 Megohm para R y 32 F para C. Para ello debe hacer 2click sobre el valor de R (1k por defecto) y de C (1n por defecto) y modificarlos adecuadamente, por ahora solo debe recordar que M o m significan mili para el programa y si deseamos utilizar un resistor de 4 Megohms debemos escribir 4MEG (o 4meg). Para el caso del capacitor se utiliza la u o U como microfaradio. Antes de continuar no olvide guardar su trabajo. Debemos ahora setear la fuente, para ello 2click sobre el smbolo de la fuente. Si bien puede parecer complicado su configuracin, solo siga los pasos, luego comprender el significado de cada parmetro. Con el ratn vaya directamente al parmetro V1 que indica desde qu valor arranca la fuente, en nuestro caso partimos de cero voltios, para ello 2click sobre V1 y tipeamos 0 y luego Enter. Ahora 2click sobre V2 que ser la tensin que tendr el circuito en el momento que se acciona la llave conmutadora para cargar al capacitor. En nuestro caso tipeamos 10, puede ponerle v o V o dejar sin nada pues asume voltios por defecto. Los siguientes parmetros tienen relacin con los tiempos de retardo (delay), de crecimiento (rise) y deLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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cada (fall), todos ellos suponemos en este caso iguales a cero. El tiempo en que estar conectada la tensin de 10 voltios queda definido en PW (pulse with) y le asignamos un valor tentativo que suponemos que ya para ese tiempo el capacitor est bastante cargado. Con PER estamos indicando el tiempo en segundos en que vuelve a conectarse la fuente pero esto para nosotros no tiene efecto alguno pues solo estamos analizando el transitorio de la conexin de una fuente de corriente continua a un circuito RC. T4. Conectar los dispositivos: A continuacin procederemos al cableado de los dispositivos. Para esto click en el icono con un lpiz y un trazo fino. Seguidamente click en el terminal superior de la fuente U y otro click en el terminal izquierdo de R. Contine con el resto del circuito para obtener uno semejante al de la figura. T5. Insertar un instrumento: En esta experiencia se pretende medir la corriente que circula por el circuito a intervalos de tiempo regulares. Para insertar un instrumento de medicin de corriente en funcin del tiempo click en el icono que se ilustra, debe recordarse que este instrumento debe ubicarse sobre un pin o terminal de un dispositivo y no sobre un conductor. T6. Especificar un anlisis transitorio: Una vez que ya tenemos descrito el circuito que vamos a estudiar debemos especificar qu anlisis se debern realizar. Para ello click en el icono ilustrado. Esto nos lleva al cuadro de dilogo de Analysis Setup tal como se presenta en la figura. En otra instancia se podr hablar de las posibilidades de cada uno de estas opciones, por ahora nos detendremos brevemente en el anlisis Transient (click en este botn). De todas las opciones solo nos interesarn por ahora las dos primeras, en Final Time indicaremos el tiempo de finalizacin del anlisis transitorio y en Print Step indicamos los tiempos entre muestras de anlisis. Un rpido clculo mental de la constante de tiempo nos da 128 segundos, en cinco veces ese tiempo el capacitor ya se habr cargado casi totalmente, estamos hablando entonces de unos 640 segundos, por lo tanto insertemos 800 en Final Time y 0.1 en Print Step. Le damos OK y vemos que la opcin de anlisis transitorio qued con un checkmark. Le damos Close y estamos nuevamente en nuestro esquema. Guardamos nuevamente nuestro trabajo y nos preparamos para simular.

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T7. Corriendo la simulacin: Ya tenemos el esquema del circuito de carga de un capacitor, especificamos el tipo de anlisis que deseamos realizar y solo falta correr la simulacin. Para ello click en el icono ilustrado. Esto habilita al Pspice AD a realizar la simulacin, una vez finalizada, el sistema est seteado por defecto a pasar a modo de visualizacin de las variables, en este caso solamente una, la corriente por el circuito. T8. Visualizacin de las seales: En esta instancia ingresamos automticamente al tercer utilitario de simulacin, el Probe. Este es un software que asemeja la PC a un osciloscopio virtual pero con seales simuladas y no externas a la PC. Posee un sistema de autorrango en el eje y pero no as en el eje x, por ello es importante el adecuado seteo del anlisis transitorio (Final Time y Print Step). Si todo sali bien, tendremos en pantalla un grfico similar al que debieran haber obtenido en la clase prctica con lpiz y papel. En esta oportunidad comprobaremos los clculos realizados y en ocasin del laboratorio tendremos tres trabajos para confrontar. T9. Realizando mediciones en el Probe: A fin de comprobar si nuestros clculos coinciden con la simulacin procedamos a utilizar los cursores. Click en el icono ilustrado. Esto habilita una cuadro en el que se visualizan dos coordenadas x, y como B1 y B2. La primer columna, que sera x corresponde a la variable tiempo y la segunda columna correspondiente a la variable y nos brinda informacin de corriente. Como tercer fila tenemos la posibilidad de obtener la diferencia en tiempo y en corriente de los dos cursores. El cursor correspondiente a B1 se sita con click y el correspondiente a B2 con cleck. Se puede modificar dinmicamente la posicin de cada cursor mediante el drag izquierdo y derecho respectivamente. La otra alternativa de ubicacin del cursor es con las teclas de posicin y con shift+tecla de posicin. Los puntos que debemos comprobar corresponden a la corriente inicial I0, la corriente a una constante de tiempo RC y la corriente a cinco constantes de tiempo. Luego todos los puntos que se deseen a fin de comprobar la curva realizada en la prctica o en el laboratorio. Una opcin interesante del Probe es la que nos permite ubicar el punto mximo con el icono ilustrado. Con esta enLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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contramos el mximo valor de la corriente por el circuito que se manifestar (en el laboratorio) ni bien energizemos al mismo con la llave de seleccin carga-descarga. Los otros puntos debemos buscarlos como se detall anteriormente y con la opcin Mark Label que nos proporciona el icono ilustrado podemos indicar en la grfica los puntos ms importantes. T10. Anlisis paramtrico: Ya vimos cmo esquematizar, seleccionar un anlisis transitorio y simular un circuito RC. Se tomaron sus valores caractersticos, an a cinco constantes de tiempo que representaran en laboratorio unos 10 minutos. Ahora veamos cmo sobre el mismo esquema le decimos al soft que tenemos otros capacitores para ensayar. Para ello volvamos al Schematicas con Alt+Tab, 1 2click en el valor del capacitor y en lugar de 32u escriba entre corchetes Cvar. 2 En el cuadro de dialogo de seleccin de dispositivos tipee PARAM, luego Enter. 3 Ubique PARAM en algn lugar del esquema. 4 2click en PARAM, en NAME1 escriba Cvar sin corchetes y en VALUE1 un valor dado, digamos 32u. 5 Luego entramos al cuadro de seleccin del anlisis, dejamos tildado el de transitorio y entramos al Parametric. 6 Seleccione el barrido de Global Parameter, con lista de valores de capacitores, en el nombre se tipea Cvar sin corchetes y luego se ingresan los valores de capacidad posibles, probemos con 1u 4u 32u 64u. Ingresados as a simple espacio entre ellos. Finalmente OK y Close. 7 Puede correr nuevamente la simulacin y obtendr una familia de curvas, una para cada capacitor. Finaliza as el primer tutorial de simulacin.

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EL USO DE PROGRAMAS DE SIMULACIN EN FSICA II - Parte 2 T2. Segundo tutorial de simulacin T2.1. Modificacin de visualizacin del eje y. T2.2. Midiendo la tensin en el capacitor. T2.3. Seleccin y borrado. T2.4. Etiquetas en los nodos. T2.5. Incorporando trazos en Probe. T2.6. Llevando esquemas a un informe. T2.7. Incluyendo grficos del Probe en los informes. Recordemos las siguientes convenciones dentro de los tutoriales: 1 Click izquierdo se indica simplemente como click. 2 Doble click se indica solamente como 2click. 3 Click derecho como cleck. 4 Doble click derecho como 2cleck. Iniciamos el Schematics con 2click sobre el icono correspondiente. De lo contrario, Inicio - Programas - MicroSim Eval 8 - Schematics. T2.1. Modificacin de visualizacin del eje y: Recuperemos el ltimo esquema circuital del primer tutorial. A continuacin corremos la simulacin. En el Probe, la visualizacin de las distintas curvas no nos parece conveniente para una correcta medicin o apreciacin.

Del men Plot vamos a la opcin Y Axis Settings y hacemos click en User Defined tipeando valores de inicio y de extremo conforme a nuestro anlisis. En la grfica apreciamos los efectos sobre las curvas. De todas maneras se hace evidente que para la curva de 32u las mediciones se pueden realizar sin contratiempos como lo vimos en el primer tutorial, sin embargo para los restantes capacitores se ha complicado algo el panorama. Por un lado para 1 y 4 microfaradios hay poco espacio visual para una correcta medicin y para el capacitor de 64 microfaradios no teneLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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mos suficiente margen para medir la descarga a cinco constantes de tiempo. Como conclusin, esta opcin de visualizacin en conjunto de las caractersticas de carga de 4 capacitores muy diferentes solo sirve para tener un panorama del conjunto pero para analizar en detalle las curvas y realizar mediciones con los cursores es necesario tomar como mximo de a dos y cercanas en valores, por ejemplo los dos capacitores menores por un lado y luego los otros dos de mayor valor. T2.2. Midiendo la tensin en el capacitor: Todas (o casi todas) las experiencias de medicin de magnitudes elctricas involucran la inclusin en el circuito de elementos de sensado que de alguna manera alteran la verdadera magnitud de la variable a medirse. En la mayora de las experiencias existen alternativas que permiten minimizar este efecto de carga que existe entre el instrumento y el circuito a ser ensayado. En el caso especfico de medicin de carga y descarga de un capacitor se prefiere la utilizacin del multmetro como microampermetro ya que este incluye en serie con el circuito una pequea resistencia y afecta en menor medida la experiencia que si decidiramos medir la tensin sobre el capacitor. En esta ltima configuracin, el instrumento de medicin (multmetro como voltmetro) inserta en el circuito una resistencia apreciable en paralelo con el capacitor (la Ri de entrada de un multmetro es de aproximadamente 10 Megohms). Sin embargo en la experiencia de simulacin no existe esta limitacin, cuando se trata de medir una tensin, el soft presenta la verdadera tensin existente y no los efectos de carga de un instrumento imperfecto. T2.3. Seleccin y borrado: Abramos el circuito del primer tutorial pero con anlisis transitorio de un solo capacitor. Click en el instrumento de medicin de corriente, al cambiar a color rojo sabemos que ha sido seleccionado, a continuacin brrelo con Delete. T2. 4. Etiquetas en los nodos: Recuerda que entre la fuente U y R hay un cableado, haga 2click sobre l y asgnele nombre 1, lo mismo para el conductor que est entre R y el capacitor pero con nombre 2. Verifique en Analysis Setup que no haya quedado marcado el anlisis paramtrico, solo deben quedar con checkmark la opcin Bias Point Detail (siempre est seleccionado por defecto) y Transient. Corra ahora la simulacin, como resultado encontrar la pantalla del Probe vaca, esto es as ya que no hemos colocado en el Schematics ningn instrumento. Vamos a incorporarlos desde el Probe. T2.5. Incorporando trazos en Probe: De la barra de iconos del Probe reconocemos al Add Trace y hacemos click. Como consecuencia obtenemos el cuadro de dilogo correspondiente. En el panel de la izquierda puede verse una lista de variables, muchas de ellas proporcioLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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nan la misma informacin, tal el caso de las corrientes I(R), I(C), I(U) o de las tensiones V(U:+), V1(U), V1(R) y V(1). Otras no tienen mayor sentido como V(0), V(U:-) y V(C:1) que proporcionan cero voltios de la conexin comn o masa. En realidad no suelen ser muy comprensibles o fciles de recordar las variables a visualizar, por esto fue que asignamos etiquetas. Como identifican puntos claves de un circuito uno puede recordarlos ms fcilmente. Verifique que solamente afectan a las tensiones pues las corrientes se identifican por el dispositivo por el cual est circulando. De los dos nodos que etiquetamos el que nos interesa en realidad es el de salida, y queremos comparar con la corriente que circula y que ya vimos su caracterstica grfica anteriormente. Por lo tanto haga click en I(R) y en V(2) y luego OK. En la pantalla grfica del Probe puede apreciar que solamente se distingue una de las variables, la otra qued a nivel cero por incompatibilidad de escalas y unidades. A continuacin click sobre I(R), seleccionando de esta manera esa seal. Seguidamente corte la misma ya sea con Ctrl+X o con la tijerita. Luego efectuamos Ctrl+Y o en su defecto del men Plot - opcin Add Y Axis y a continuacin pegamos la seal anterior con Ctrl+V o como ms est acostumbrado. Sobre la curva de la tensin sobre el capacitor es ms inmediato apreciar el significado de la constante de tiempo. De la grfica se verifica inmediatamente que a una constante de tiempo la tensin aument a 6.33 voltios es decir al 63% de su valor inicial. T2.6. Llevando esquemas a un informe: Trabajar con colores en pantalla suele ser agradable a la vista pero en ocasiones se requiere de trasladar la informacin del trabajo realizado a un procesador de texto a fin de presentar un informe. Para ello es conveniente que solamente existan dos colores y de ser posible solo negro y blanco. En consecuencia se hace necesario modificar los atributos de color de algunos elementos del circuito en el men Options - Display Preferences como ser Junctions, Labels, Markers and Viewpoints, Part Names, Pin Names, Pins, Ports, RefDes, Stimulus, Symbol Text, Symbols y Wires. T2.7. Incluyendo grficos del Probe en los informes: Para incluir en un informe pantallas del Probe en una misma hoja se debern seguir los siguientes pasos:La Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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Modificar el archivo msim_evl.ini que se encuentra en el directorio Windows. En este archivo reemplazar la seccin [PROBE DISPLAY COLORS] de la primer columna por la de la segunda columna: BACKGROUND=BRIGHTWHITE BACKGROUND=BLACK FOREGROUND=WHITE FOREGROUND=BLACK TRACE_1=BRIGHTGREEN TRACE_1=BLACK TRACE_2=BRIGHTRED TRACE_2=BLACK TRACE_3=BRIGHTBLUE TRACE_3=BLACK TRACE_4=BRIGHTYELLOW TRACE_4=BLACK TRACE_5=BRIGHTMAGENTA TRACE_5=BLACK TRACE_6=BLACK TRACE_6=BRIGHTCYAN

Adems, dentro de Probe, ir a Tools - Options y seleccionar la opcin Always de la seccin Use Symbols. Esta es la manera de distinguir entre diferentes trazos.

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EL USO DE PROGRAMAS DE SIMULACIN EN FSICA II - Parte 3 T3. Tercer tutorial de simulacin: Circuito resonante serie. T3.1. Implementacin en el Schematics de un circuito RLC. T3.2. Seteo de una fuente de corriente alterna senoidal VSIN. T3.3. Anlisis transitorio de un circuito RLC. T3.4. Simulacin y mediciones en un circuito serie. T3.5. Modificando la frecuencia del circuito. T3.6. Anlisis en el dominio frecuencial. T3.7. Factor de calidad Q. Recordemos las siguientes convenciones dentro de los tutoriales: 1 Click izquierdo se indica simplemente como click. 2 Doble click se indica solamente como 2click. 3 Click derecho como cleck. 4 Doble click derecho como 2cleck. Iniciamos el Schematics con 2click sobre el icono correspondiente. De lo contrario, Inicio - Programas - MicroSim Eval 8 - Schematics. T3.1. Circuito RLC serie: Habiendo desarrollado en teora la corriente que circula por un circuito RLC con excitacin de corriente alterna senoidal, analizaremos el comportamiento del mismo para distintas frecuencias. Para ello utilizaremos conceptos y prcticas desarrollados en los tutoriales anteriores. 1. De la caja de dialogo de dispositivos comience llamando una fuente de corriente alterna senoidal denominada VSIN. 2. De igual manera con L traiga un inductor, con C un capacitor, con R un resistor y con AGND la tierra analgica. 3. Ubique los dispositivos convenientemente, proporcione los valores que observa en el esquema adjunto, proceda al cableado y a la ubicacin de los instrumentos de medicin de la corriente y de la tensin. T3.2. A continuacin procederemos a establecer algunos parmetros de la fuente V1. Solo asgnele una tensin nula de offset (VOFF=0), una tensin de pico o mxima de 5 V y una frecuencia de 1400 Hz. Como tanto la reactancia inductiva L como la reactancia capacitiva 1/C dependen de la frecuencia ( = 1/2f) podemos decir que la corriente y la fase tambin presentarn esta dependencia. A frecuencias bajas la reactancia capacitiva predominar en el circuito por lo que la impedancia total del circuito ser alta, la corriente resultante baja y elLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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ngulo de desfasaje entre esta y la tensin del generador ser negativo, es decir la corriente estar en adelanto respecto a la tensin. T3.3. Intentaremos ver esto en nuestro circuito, para ello deberemos setear un anlisis transitorio que tendr en cuenta el tiempo requerido por algunos ciclos de la seal generada por V1. Seguidamente corremos la simulacin haciendo click en el icono correspondiente.

T3.4. Recuerde los conceptos de T2.5 respecto a la visualizacin de dos seales con diferentes magnitudes y escalas. Una vez que realiz los cambios necesarios y puede visualizar la forma de onda de corriente y tensin, con Alt Tab retorne momentneamente al Schematics. Del men Anlisis vaya a la pantalla de Probe Setup y seleccione la opcin Restore last Probe session, esto le evitar realizar modificaciones en el Schematics y tener que volver a agregar ejes en el Probe. En la pantalla del Probe habilitamos los cursores y nos disponemos a realizar mediciones de amplitud y tiempo como ya se realizara en los tutoriales anteriores. De la grfica contigua se puede apreciar como la corriente precede a la tensin por lo que el ngulo de fase es negativo. Su valor surge de asignar al perodo completo (medido en pantalla con los cursores) un ngulo de 360, luego teniendo la diferencia de tiempo entre los cruces por cero indicados en la grfica anterior podremos calcular el ngulo de desfasaje existente. En virtud de lo anteriormente visto, qu caractersticas presenta el circuito a esta frecuencia (inductivo, capacitivo o resistivo?). T3.5. A medida que la frecuencia se incrementa, tambin se incrementar la reactancia inductiva y disminuir la capacitiva. A determinada frecuencia, llamada de resonancia f0 las reactancias inductiva y capacitiva sern iguales dando como resultado una impedancia mnima igual a R y un ngulo de desfasaje nulo obteniendo en esta instancia una corriente mxima por el circuito en fase con la tensin de la fuente. Si la frecuencia sigue aumentando comienza a predominar la reactancia inductiva frente a la capacitiva proporcionando un ngulo de desfasaje positivo, es decir con la tensin en adelanto frente a la corriente. Adems la corriente comienza a disminuir del mximo alcanzado en resonancia. Finalmente la expresin de la frecuencia de resonancia resulta de igualar las reactancias inductiva y capacitiva. X L = X C L = 1 0 = C 1 LC f0 = 1 2 LC

Mediante esta expresin y los valores que estableci en el circuito calcule la frecuencia de resonancia. Segn lo realizado en T3.2 modifique la frecuencia del generador V1 conforme al resultado de su clculo. Sin realizar otra modificacin vuelva a correr la simulacin.La Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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Ahora proceda nuevamente a modificar la frecuencia del generador llevndola a 1800 Hz. Qu apreci de la amplitud de la corriente y de la diferencia de fase entre esta y la tensin del generador? T3.6. Guarde el circuito con un nuevo nombre ya que utilizaremos casi los mismos componentes. Seleccione el generador y brrelo. A continuacin traiga una fuente VAC que tambin es una fuente de corriente alterna pero preparada para ofrecer un barrido en frecuencia.

Doble click sobre V1, solo tiene que asignarle la amplitud pico o mxima de 5 voltios en ACMAG. A continuacin, del men Markers seleccione Mark Advanced y de estas opciones seleccione idb e iphase. Vamos a cambiar de anlisis, en lugar de visualizar una magnitud en funcin del tiempo (anlisis transitorio) vamos a realizar un barrido de frecuencia y observaremos tanto el cambio de amplitud y de fase en funcin de la frecuencia. Para esto hacemos

click en el icono de Analysis Setup y deseleccionamos el anlisis transitorio y hacemos click en AC Sweep. En AC Sweep type seleccionamos decade, de Sweep Parameters seleccionamos 300 Hz (no necesitamos escribir Hz) como Start Freq y 10k como End Freq. Ejecute ahora la simulacin y compare estos resultados con los del anlisis transitorio (Frecuencia de resonancia y defasajes). T3.7. A medida que la resistencia R del circuito se hace ms pequea, se agudiza la curva de respuesta del circuito ante variaciones de frecuencia, esta caracterstica se describe por un parLa Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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metro adimensional que se conoce como factor de calidad Q. Este factor se define para un oscilador mecnico como: 2m 0 m Q= = donde m es la masa, b la constante de amortiguamiento y T el perodo. De mabT b nera semejante puede definirse el factor Q para un circuito RLC. Como L es anlogo a la masa m y R a la constante de amortiguamiento b, el factor Q de un circuito RLC viene dado por: f 0 L B= 0 R Q donde B es el ancho de banda del circuito. Vemos que este factor adimensional depende de la resistencia R. Vuelva a repasar el tutorial T10. Anlisis Paramtrico a fin de realizar diversas simulaciones para distintos valores de R. Proporcione a R los valores 10, 30 y 50 ohms, borre el instrumento de indicacin de fase y obtenga las distintas curvas en el Probe. Q=

Fin tercer tutorial de Simulacin de Circuitos.

La Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electricidad y Electrnica en Carreras de Ingeniera Tesis de Maestra en Docencia Universitaria. Autor: Ing. Hctor R. Anocibar

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UNAMTP N 3 Unidad 2

Facultad de IngenieraFecha:

Ctedra: Fsica II VB:

Tema: Circuitos RC Gua complementaria de simulacin.Integrantes del grupo: Introduccin. La presente Gua pretende incorporarse como complemento en la realizacin de determinados problemas del Trabajo Prctico N 3 de la Unidad 2: Circuitos RC. Para ello se supondrn conocidos los rudimentos de simulacin que se impartieron en el correspondiente Taller de Simulacin y que se detallan en el material Gua MSim Fsica II - Tutorial 1 y 2 disponibles en el CEFI. 4) Compruebe lo calculado mediante simulacin:

a) Mediante los cursores del Probe (Ctrl+Shift+C), tome los valores de carga del capacitor expresada como 10UF*V(B) para 0.5s, 10s, 20s, 30s, 40s, 50s y 100s. d) Compruebe con el cursor en 0.5m (0.5 milicoulombios, o 500 microcoulombios, o 5x10-4 coulombios) el tiempo que calcul en la prctica. b) Con Ctrl + Delete borramos los trazos y con Insert incorporamos ahora la grfica de la corriente I(R1). Compruebe nuevamente lo calculado para los instantes del tem a). 8. Implemente en el simulador el siguiente circuito y compruebe: a) La corriente en R3, R2 y R1 para t = 0 y para t suficientemente grande ( t 5 ). Para ello al circuito esquematizado puede incorporarle los ampermetros como se ven en la figura por medio del icono apropiado. La otra alternativa es correr la simulacin y ya en el Probe agregar trazo con Insert 2Click en I(R3), Insert 2Click enTesis de Maestra en Docencia Universitaria. Ing. Hctor R. Anocibar. Consultas: anocibar@fiobera.unam.edu.ar

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I(R2). Para obtener la grfica de la corriente total podramos hacer Insert 2Click en I(R1) pero puede existir confusin respecto al signo de la corriente por dicha rama, por tanto se sugiere Insert I(R3)+I(R2). b) Corrobore la cada de tensin sobre R2 en un perodo de tiempo como el indicado anteriormente. Con Ctrl+Delete borramos los trazos del Probe, con Insert agregamos el trazo V(A)V(C). c) Compruebe lo calculado con lo indicado en los cursores para t = 0 y para t = 50s. f) De la grfica de I(R3) obtenida en el punto a), determine la constante de tiempo del circuito y el valor de R. 9. Mediante el Schematics implemente el siguiente circuito reemplazando el signo de interrogacin por la tensin que calcul en la prctica. b) Corrobore la corriente inicial en el Probe, para ello ejecute la simulacin con F11, Insert I(C1). c) Compruebe la descarga del capacitor C1 mediante la grfica correspondiente. Estando en el Probe, borre los trazos con Ctrl + Delete, luego Insert V(A). 10. Esquematice el siguiente circuito y proceda a comprobar lo realizado en la prctica: a) La carga del capacitor, segn lo visto en el problema 4. b) A fin de corroborar la energa almacenada en C1, primeramente quitamos las trazas del Probe con Ctrl + Delete, luego obtenemos la grfica de la potencia en el capacitor mediante Insert V(B)*I(R1). Sin embargo a fin de obtener la energa almacenada en el capacitor debemos integrar dicha funcin en el perodo de tiempo analizado, para ello borramos nuevamente el trazo anterior y mediante Insert S(V(B)*I(R1)) obtenemos el rea bajo la curva anterior. Con el cursor al final del perodo (20s) corrobore el clculo de la energa almacenada por C1. c) Compruebe la disipacin de potencia en el resistor R1. Retire los trazos del Probe y luego agregue la potencia instantnea disipada en R1 mediante la expresin (V(A)-V(B))*I(R1). Sin embargo para evaluar la energa disipada debemos hallar el rea bajo dicha curva, por consiguiente hallamos la integral de la expresin anterior mediante S((V(A)-V(B))*I(R1)). Con el cursor al final del perodo (20s) corrobore el clculo de la energa disipada por R1. d) De igual manera compruebe la energa entregada por la fuente E. Limpie de trazos el Probe y agregue la expresin de la potencia instantnea suministrada por la fuente mediante Insert I(R1) * V(A). Ahora para hallar la energa limpiamos nuevamente el trazo y con Insert S(I(R1) * V(A)) hallamos la integral de la funcin anterior. 13) Compruebe con simulacin todos los puntos de este problema.

Requisitos de Aprobacin del Trabajo Prctico Complementarioa) Presentacin de informe grupal de no ms de cinco integrantes a los 15 das del taller de simulacin. b) Cada Problema de esta gua debe incluir el esquema correspondiente implementado con Schematics. Ver Gua MSim Fsica II Tutorial 1 y 2 de simulacin. c) Cada comprobacin deber incluir la grfica correspondiente del Probe, se podrn incluir dos o ms trazos por pantalla Probe pero con su eje correspondiente (ver pgina 3 Tutorial 2). d) A partir de la entrega y aprobacin del informe, y en una instancia a convenir con la ctedra, se realizarn colquios a fin de corroborar la participacin individual en la generacin del informe mencionado.

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EL USO DE PROGRAMAS DE SIMULACIN EN LA ENSEANZA T4. Cuarto tutorial de simulacin: Diodos semiconductores. T4.1. Caracterstica directa de un diodo semiconductor. T4.2. Barrido de corriente continua DC Sweep. T4.3. Efecto de la temperatura en la caracterstica directa. T4.4. Caracterstica inversa de un diodo. Recordemos las siguientes convenciones dentro de los tutoriales: 1 Click izquierdo se indica simplemente como click. 2 Doble click se indica solamente como 2click. 3 Click derecho como cleck. 4 Doble click derecho como 2cleck. Iniciamos el Schematics con 2click sobre el icono correspondiente. De lo contrario, Inicio - Programas - MicroSim Eval 8 - Schematics. T4.1. Como primera experiencia con un diodo semiconductor verificaremos su caracterstica directa. Para ello es necesario esquematizar un circuito que lo polarice en tal sentido. Para ello utilizaremos conceptos y prcticas desarrollados en los tutoriales anteriores. 1. De la caja de dialogo de dispositivos comience llamando una fuente de corriente continua denominada VDC. 2. De igual manera con R traiga un resistor, con D1N4148 un diodo y con AGND la tierra analgica. 3. Ubique los dispositivos convenientemente, proporcione los valores que observa en el esquema adjunto, proceda al cableado y a la ubicacin del instrumento de medicin de la corriente. T4.2. Sabemos que la curva caracterstica de un diodo se grafica generalmente corriente en funcin de tensin. Para ello emplearemos un artificio que nos permita observar la evolucin de la corriente por el circuito ante un barrido de la fuente V1. Para ello simplemente asignamos al resistor R1 un valor muy bajo para que la tensin de barrido sea prcticamente la que existir en bornes del diodo bajo prueba. A continuacin procederemos a establecer las condiciones de excitacin a fin de obtener la curva deseada. Clic en el icono de setup de anlisis, clic en DC Sweep correspondiente al seteo de un barrido de corriente continua. Seleccionamos un barrido lineal con fuente de tensin, especificamos que lo realizar V1 e inicialmente establecemos un barrido entre 0 y 0.8 voltios con pasos de 0.01 voltios. A continuacin corremos la simulacin no sin antes pensar qu grfica espera ver en el osciloscopio virtual Probe. Verifique la caracterstica que obtuvo en el laboratorio correspondiente.La Utilizacin de Programas de Simulacin en la Enseanza de Electrnica en Carreras de Ingeniera Ing. Hctor R. Anocibar

T4.3. Efecto de la temperatura. Volvamos al Schematics con Alt+Tab y click en el icono de Setup Anlisis, click en Parametric. Seleccionamos barrer temperatura, en forma lineal y establecemos el valor inicial, final y el incremento. Seguidamente corremos la simulacin haciendo click en el icono correspondiente.

T4.4. Caracterstica inversa de un diodo. Sin desactivar la opcin Parametric, realizaremos la verificacin de la caracterstica inversa de un diodo semiconductor a diferentes temperaturas. Para ello volvemos al Schematics, click en Setup Anlisis, click en DC Sweep y modificamos el Start Value por 99, el End Value por 0 y el Increment seteamos en 0.1. Volvemos a correr la simulacin, si le parece que tarda el obtener el resultado, volvemos y modificamos Parametric reduciendo la cantidad de curvas de temperatura, por ejemplo Start Value 25, End Value 100 e Increment 25.

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INTRODUCCIN AL USO DEL MICROSIM DESIGN CENTER IntroduccinEste paquete de software electrnico comprende varios utilitarios: MicroSim Schematics. Es el utilitario que permite esquematizar un determinado circuito. MicroSim PSpice A/D. Mediante el circuito esquematizado es posible realizar la simulacin de un circuito analgico, mixto analgico/digital y solamente digital. MicroSim PSpice Optimizer. Con el circuito ya funcionando es posible realizar su optimizacin analgica. Por ejemplo maximizar la ganancia de un amplificador teniendo como condicionantes el ancho de banda y la potencia disipada. MicroSim PLSyn. El utilitario de Sntesis de Lgica Programable permite disear y simular sistemas que contengan lgica programable, discreta digital y analgicas, en un mismo esquema. Esta lgica programable se puede escribir mediante un lenguaje de sntesis o mediante el editor de esquemas (con smbolos) e incluso con ambos sistemas simultneamente. MicroSim Polaris. Es una herramienta de anlisis de integridad de la seal que extrae de un dado circuito impreso valores de acoplamiento, capacidad parsita, lneas de transmisin, etc. que son utilizados en simulacin analgica y optimizacin de circuitos. MicroSim PCBoards. Permite que el circuito esquematizado, simulado y optimizado sea transferido a un circuito impreso con posibilidades de autoruteo.

Un Poco De HistoriaDel paquete de utilitarios antes mencionado ofrecido por la firma MicroSim, el que impuls todo este desarrollo sin duda que fue el MicroSim PSpice A/D que en principio esta empresa lo llam simplemente PSpice. Este programa de simulacin inicialmente solo analgica, naci del famoso SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) desarrollado por la Universidad de California all por mediados de 1970, el cual a su vez surgi de otro simulador llamado CANCER desarrollado a principios de 1970. Este fue un programa que corra en mquinas "grandes" de aquella poca y al adaptarlo a la PC, MicroSim decidi denominarlo PSpice.

Por Donde Se EmpiezaDel paquete antes comentado someramente se describen los primeros pasos en la utilizacin de los utilitarios que ms se podran aprovechar en asignaturas como Fsica II, Electrotecnia I, Teora de los Circuitos, Mediciones Elctricas, Electrnica Analgica, Mediciones Electrnicas, Electrnica Industrial y Mediciones Electrnicas, que son el MicroSim Schematics y el MicroSim PSpice A/D que llamaremos Schematics y PSpice respectivamente.

Qu Puede Realizar Con El Schematics1. Puede "documentar" el circuito que tenemos en borrador o en mente y que desea archivar, presentar, publicar, simular, armar, etc. Este utilitario no disea por usted, no es un programa al cual usted le dice "quiero un amplificador de audio" y l se lo disea. Usted tiene que tener el circuito. 2. Puede correr los otros del paquete ya mencionado, o sea funciona como un "shell". No necesita salir de l para efectuar la simulacin, o la lista de materiales, o el chequeo de conexionado, o la conversin a circuito impreso, o al optimizador, etc. 3. Puede generar sus propios componentes, es decir, obtener un dibujo a su gusto de un determinado componente si es que no lo tiene ya el Schematics o si no le gusta el que viene por defecto. Este utilitario viene en el original con una librera de 32.000 componentes analgicos y digitales. Algunos componentes tienen informacin de su smbolo, encapsulado (para realizar el circuito impreso), y de un modelo que permite la simulacin del circuito. Otros como las fuentes de seal solo poseen su smbolo y algunos componentes nuevos solo traen su smbolo y su encapsulado no disponindose del modelo para realizar una simulacin. 4. Puede realizar estructuras jerrquicas de esquemas. Por ejemplo, si est diseando una fuente, puede generar un bloque que contenga al circuito rectificador, otro con la tensin de referencia, otro con el comparador, otro con el elemento de control serie, etc. Entonces el esquema de mxima jerarqua ser como un

diagrama de bloques, luego entra a cada uno de ellos y realiza o el circuito directamente o entra a otro diagrama de bloques si lo hubiera. Qu Puede Hacer Con El Pspice A/d Suponiendo que ha esquematizado el circuito, es momento de ensayarlo. Pero antes convengamos algo: - El PSpice es como un laboratorio virtual, puede probar todo tipo de circuito sin tocar un solo componente o realizar conexin alguna. Esto es bueno en algunos aspectos, en primer lugar no necesita gastar dinero comprando componentes para experimentar la mejor solucin, tampoco necesita comprar instrumentos, se evita hacer alguno que otro cortocircuito o quemar algn componente caro, ni qu decir si es del Dpto. de Electrnica!. Por otra parte se imagina armar y probar un circuito de RF en el rango del GHz, o una UPS de 10KVA. Como mi propia conclusin sostengo que no hay sustituto del ensayo prctico de laboratorio si estn dadas las condiciones, tanto materiales (componentes, instrumental) como de seguridad... Pero previo a esta actividad prctica recreante no est nada mal y es aconsejable pasar un rato frente a la PC con el PSpice probando el circuito en cuestin.

Veamos entonces qu puede obtener con el PSpice A/D:1. Anlisis DC Sweep. Del estado permanente de un circuito, es factible obtener tensiones, corrientes y estados digitales cuando se barre un rango de valores de una fuente, temperatura o parmetros de un modelo de componente utilizado. 2. Mediante Bias Point Detail se obtienen datos adicionales del punto de reposo o de polarizacin los cuales son reportados (de hecho el punto de reposo es automticamente calculado por PSpice). 3. Con el anlisis DC Sensitivity se calcula la sensibilidad en CC de la tensin de un nodo o componente como funcin del punto de reposo. 4. Mediante Small-Signal DC Transfer se calculan la ganancia de pequea seal, resistencia de entrada y de salida como funcin del punto de reposo. 5. Frecuency Response (AC Sweep). Este anlisis calcula la respuesta en baja seal del circuito (linealizado alrededor del punto de reposo) para una combinacin de entradas. Se barren una o ms fuentes sobre un rango de frecuencias. Son calculadas las tensiones y corrientes del circuito, incluyendo magnitud y fase. Por consiguiente se obtiene el Bode del circuito. 6. Noise Analysis. Se puede llevar a cabo junto con el anlisis de respuesta en frecuencia anterior. La contribucin de cada "generador" de ruido en el circuito se propaga a un nodo de salida para cada frecuencia especificada en el anlisis AC. Adems, para cada una de estas frecuencias se calcula la suma de las tensiones RMS contribuidas. 7. Mediante Transient Response es posible analizar el comportamiento de un circuito en respuesta a fuentes variables en el tiempo. Se computan tensiones, corrientes y estados digitales. Para dispositivos digitales, los retardos de propagacin pueden setearse en mnimo, tpico y mximo. Si se selecciona timing digital de peor-caso, entonces la simulacin PSpice considera todas las combinaciones posibles de retardos de propagacin entre el rango mnimo y mximo para dispositivos digitales. 8. Fourier Components es un anlisis que puede realizarse en conjunto con el anterior. Calcula las componentes de Fourier del anlisis transitorio. 9. El anlisis Parametric permite repetir alguno de los anlisis anteriores (DC Sweep, AC Sweep o Transient Analysis) para una serie de valores ya sean parmetros globales, valores de componentes o temperatura de funcionamiento. 10. Temperature permite repetir los anlisis mencionados para distintas temperaturas de funcionamiento. 11. El anlisis estadstico Monte Carlo computa la respuesta de un circuito ante cambios de valores de componentes mediante la modificacin aleatoria de todos los parmetros del modelo de componente utilizado para lo cual se debe haber especificado tolerancias conocidas. 12. Sensitivity/Worst-Case. Este anlisis computa la respuesta del circuito ante cambios en valores de componentes variando un parmetro por vez del modelo de dispositivo utilizado (para el cual ha sido especificado una tolerancia), dispositivo por dispositivo. Ahora que ya sabe qu es lo que puede obtener de estos dos programas repasemos los pasos de un uso genrico de estas herramientas: 1. Es necesario que tenga el circuito que desea ensayar. En las versiones anteriores que venan para DOS haba que ingresar los datos del circuito en un archivo de texto, en este se detallaba cada componente, haba que numerar los nodos, tena que saber cmo se invocaba el modelo de cada componente, como se invocaba cada anlisis, etc. Todo esto fue mejorando de versin en versin y hoy en la versin de Windows se dispone el Schematics para ingresar el circuito en cuestin.

2. Es necesario que tenga idea al menos del funcionamiento del circuito, qu es lo que espera de el y qu ensayos le podra efectuar. No tiene sentido esquematizar un circuito y no saber por donde empezar a probarlo, o no saber si la forma de onda que hay en un determinado nodo es aproximadamente fidedigna. Todo esto tiene que ver con la deteccin de fallas y errores de diseo, debe estar en condiciones de aislar estos de los errores cometidos en el uso del soft. Pongamos un ejemplo sencillo: si estoy experimentando con un temporizador 555 debo en primer lugar tener idea del circuito interno, para ello es conveniente tener a mano los datos del fabricante, debo saber calcular los valores RC para obtener el tiempo de temporizado o los tiempos de cada ciclo de una onda cuadrada generada por este circuito, y al efectuar el anlisis debo conocer qu valores de tiempo se establecen en el anlisis transitorio para poder obtener una visualizacin correcta de la forma de onda. En conclusin, no se salva del papel, lpiz, calculadora y datos tcnicos. 3. Concluido el esquema del circuito, desde el mismo Schematics selecciona qu anlisis realizar. 4. En general las opciones ms frecuentemente utilizadas ya estn seteadas por defecto, como por ejemplo la de ejecutar automticamente el programa Probe luego de realizada la simulacin. Qu es el programa Probe?. Todos los anlisis mencionados anteriormente proporcionan datos y se generan archivos de salida que pueden leerse del monitor o imprimirse pero la opcin ms utilizada es por supuesto la del monitor como osciloscopio. Probe se encarga de visualizar las variables que pidamos. Dispone de opciones que muy pocos osciloscopios poseen: zoom, cursores de alta resolucin, insercin de texto en el rea de graficacin, identificacin clara con distintos colores de cada variable, etc. 5. Finalmente cabe destacar que quedan abiertas tres ventanas (Schematics, PSpice y Probe) ya que se supone un proceso iterativo. En la mayora de los casos, luego de correr Probe se vuelve al circuito en la ventana de Schematics, se retoca algo y se vuelve a simular hasta obtener el comportamiento deseado del circuito.

Ejemplo PrcticoVamos a analizar un sencillo circuito divisor de tensin RC a modo de ejemplo:

Suponemos conocidos los fundamentos de utilizacin de Windows, y por comodidad vamos a llamarle al click izquierdo solo click, al click derecho cleck, al doble click lo llamaremos 2click y al doble click derecho lo llamaremos 2cleck. Por lo tanto 2click en el icono Schematics y tenemos una hoja de trabajo en blanco con retcula cargada por defecto. Los menes y barra de herramientas son las siguientes:

Comencemos entonces a esquematizar nuestro circuito: 1. Para llamar un componente de la librera existen tres caminos: a. Draw/Get New Part. b. CTRL G. c. Con el mouse click en la barra de herramientas en 2. Ante el cuadro de dilogo Add Part tenemos dos posibilidades, tipear el nombre del componente si sabemos su nombre o click en Browse para buscarlo en la librera. Por ahora supongamos que sabe que la fuente de tensin se llama VSRC, lo tipea y luego presiona Enter o click en OK. 3. Ubica la fuente moviendo el mouse y para fijarlo hace un click. Como no desea seguir colocando fuentes ya que tenemos una sola en nuestro circuito hace cleck. 4. Llamamos ahora a la resistencia, en este caso en el cuadro de dilogo tipeamos simplemente R luego OK.

5. Ubicamos convenientemente la primer resistencia y click, luego necesitamos otra que est en posicin vertical, para ello simplemente CTRL R y click en un lugar adecuado quedando la segunda resistencia ubicada, vemos ya que el programa est seteado por defecto para realizar un Annotate automtico, es decir va asignando a cada componente una referencia diferente en aumento R1, R2, etc. 6. Llamamos ahora al capacitor, en el cuadro de dialogo tipeamos simplemente C o lo tenemos que ir a buscar de la librera analog.slb. Otra vez CTRL R para rotar o Edit/Rotate y lo ubicamos en paralelo con R2, click y luego cleck. 7. Tenemos todos los componentes que necesitamos, ahora los vamos a interconectar. Para ello tenemos otra vez tres caminos: a. Draw/Wire. b. CTRL W. c. Click en 8. Vemos que cambi la forma de nuestro cursor. Comenzamos con click en el borne superior de la fuente y 2click en R1, al hacer 2click abandonamos el modo cableado pero lo retomamos con 2cleck o con la barra espaciadora. Click en el otro extremo de R1 y 2cleck en C1 quedando ya la conexin con R2 o de lo contrario conectan R2. Finalmente hacen lo propio con el borne inferior de la fuente, R2 y C1. 9. Faltan dos componentes: uno es la masa y el otro un indicador local de tensin. Tanto uno como el otro los llamamos como lo hicimos con los otros componentes: uno se llama AGND (de analogic ground) y el otro VIEWPOINT. Por el circuito de muestra ya saben donde posicionarlos. Ahora pueden dedicarse a jugar un poco con el circuito, si se ubican sobre cualquier componente y click vern que cambia de color, esto significa que ha quedado seleccionado. Si presionan Del o Supr lo retiran del circuito, si mantienen presionado el click y lo arrastran (drag) lo cambian de posicin. Si hacen click en la referencia pueden cambiarla de posicin tambin. Si en lugar de click hacen 2click en la referencia pueden editarla y cambiar el nombre, si lo hacen sobre el valor pueden modificarlo y si lo hacen sobre el componente mismo entran a la edicin del modelo que lo define. Vamos a darle nombre o etiquetas a puntos especficos del circuito: 1. Hacemos 2click sobre la conexin entre VIN y R1, ante el requerimiento de la caja de texto tipeamos 1 luego OK o Enter. 2. Lo mismo en la conexin entre R1 y R2 pero tipeamos 2. Luego asignemos una tensin de 10 Voltios a la fuente VIN: 1. 2click en VIN. 2. 2click en DC Attribute. 3. Tipeamos 10V en el Value text box. 4. Click en Save Attr o Enter. 5. Click OK. Ya es hora de ir guardando el circuito. Esto es como cualquier otro utilitario de Windows, File/Save As o el iconito del disquete. Pngale cualquier nombre y por defecto se le adiciona la extensin sch. A esta altura ya estamos en condiciones de simular nuestro circuito corriendo el Pspice, y esto se realiza por tres caminos: a. Analysis/Simulate. b. Presionando F11. c. Click en el icono Una vez lanzada la simulacin se realiza un ERC (electrical rules check) que verifica condiciones bsicas de conexionado, luego se genera un netlist con extensin CIR que vendra a ser lo que antes se deba ingresar en un archivo de texto con todos los datos del circuito. Mientras esto ocurre Pspice abre su propia ventana y va mostrando informacin de la simulacin, lee el archivo extensin CIR y proporciona otro con el mismo nombre pero con extensin OUT. Es posible desde el Schematics analizar el netlist generado y el archivo de salida generado por el Pspice a travs de Analysis/Examine Netlist y Analysis/Examine Output respectivamente. El archivo de salida viene a ser como un informe del seguimiento de la simulacin. Contiene opcionalmente la estructura del circuito (componentes y nodos), como tambin los resultados del clculo del punto de reposo. Tambin se suele incluir algn error de sintaxis en la declaracin del netlist o de alguna especificacin de la simulacin. Se incluyen adems errores relevantes y/o mensajes de advertencia. Del anlisis del archivo de salida vemos como era de esperarse que la tensin en el nodo 2 es de 5 V debido precisamente al divisor de tensin. Note tambin que la corriente a travs de VIN es negativa. Por convencin, Pspice mide la corriente desde el terminal + al terminal - lo opuesto a la convencin de circulacin de corriente positiva (de aqu que el valor sea negativo).

Note que el indicador local de tensin, que en principio esta en blanco, ahora refleja la tensin del divisor. Tambin podemos verificar visualmente la accin del divisor de tensin mediante un barrido de continua de la fuente de tensin y permitir que PROBE grafique la forma de onda resultante. Para ello realizamos: 1. Analysis/Setup o click en el icono 2. Click en el botn DC Sweep. 3. Detngase un momento a observar las opciones. Tiene para barrer tensin, corriente, temperatura, parmetros de modelo y parmetros globales. Por defecto ya est seleccionada una fuente de tensin. El barrido puede ser lineal, por octava, por dcada y con una lista de valores. Por defecto ya est seleccionado un barrido lineal. 4. Tiene que escribir donde dice Name el nombre de la fuente que va a barrer por lo que tipea VIN. 4. Luego tipea el valor de inicio (Start Value) que lo seteamos en 0V (puede tipear 0 o 0V o 0 V). 5. Seteamos el valor final del barrido como 10V y los incrementos de a 1V. 6. Al darle el OK al setup dialog vemos que qued tildada la opcin DC Sweep. Otra vez le damos OK. Para correr el anlisis ya hemos visto las opciones, simplemente presione F11 o click en el icono apropiado. Antes podra chequear que PROBE correr automticamente una vez finalizada la simulacin. Para ello Analysis/Probe Setup y verificamos que el casillero de Automatically Run Probe After Simulation est tildado. Ahora s F11. Luego de la simulacin aparecer la pantalla de PROBE vaca, debemos seleccionar qu ondas queremos visualizar, para ello hacemos: 1. Trace/Add o Insert o click en 2. Click en V(1) y V(2) que estn listados. La otra opcin generalmente ms utilizada es la de indicar en el Schematics dnde se desea visualizar las seales, para ello borremos las ondas de PROBE haciendo click en el texto V(1) ubicado debajo del eje x y Shift click en V(2), quedando ambos seleccionados, ahora simplemente Del o Supr. 1. Vayamos entonces al Schematics (ya sea con ALT-TAB o con Ctrl-Esc), 2. Seleccionamos Markers/Mark Voltage o simplemente CTRL M. 3. Click en el conductor 1 y click en el conductor 2. 4. Cleck para finalizar la colocacin de marcadores.

En la prxima corrida de simulacin, ya PROBE arranca mostrando las ondas de los puntos con marcas. Una impresin de las tensiones V(1) y V(2) se encuentran al final de este trabajo. Si queremos mayor detalle de cada trazo: 1. Tools/Cursors/Display. 2. Se disponen de dos cursores que se activan con click y con cleck. 3. La informacin de los dos cursores pueden ser: a. De una sola variable, por ej. V(1) si hago click y cleck en el simbolito que est al lado de V(1) debajo del eje x. b. De las dos variables si hago click en un simbolito y luego cleck en el otro simbolito. Es posible mover la posicin del primer cursor con drag del mouse o con ayuda de las teclas de cursores, mientras que la posicin del segundo cursor se puede modificar o con drag o con Shift y tecla de cursor. La informacin de la posicin de los cursores la da un cuadro en el cual en la primer fila se ven las coordenadas (x,y) del primer cursor, en la segunda fila las coordenadas del segundo cursor y en la tercer fila la diferencia en x y la diferencia en y:

Es posible visualizar los efectos del divisor resistivo de otras dos maneras: 1. Borramos como se vio anteriormente las grficas de V(1) y V(2). 2. Pulso Ins para seleccionar lo que deseo visualizar y escribo directamente V(1)-V(2). 3. En Schematics, cuando voy a Markers selecciono Mark Voltage Differential y el primer click ser el punto de mayor potencial y el segundo el de menor potencial.

Anlisis TransitorioPara realizar este tipo de anlisis modificaremos la fuente de tensin de nuestro circuito: 1. En Schematics click en la fuente VIN. 2. Edit/Replace y tipee VSRC en Target Part (note que se coloca el nombre tcnico de la fuente y no VIN), con Tab se traslada a Replacement y tipea VPULSE (se trata de una fuente que est en la librera sour-

ce.slb). 3. Click en Keep Attribute Values. Luego OK o Enter. 4. Click en la nueva fuente y 2click en el cuadrito VIN que es el Reference Designator que lo cambiamos por VPULSE. 5. 2click en el smbolo de la fuente para editar sus atributos: V1 = 0 (valor inicial del pulso es cero voltio) V2 = 1V (el techo del pulso es de 1 voltio) TD = .1u (el tiempo de retardo del pulso es de 0.1 microsegundo) TR = .01u (el tiempo de crecimiento del pulso es de 0.01 microsegundo) TF = 1u (el tiempo de cada del pulso es de 1 microsegundo) PW = 1 (el ancho del pulso es de 1 segundo) PER = 2 (el perodo es de 2 segundos) 6. Asegrese de hacer click en Save Attr o presionar Enter despus de cada cambio. 7. OK para aceptar las nuevas especificaciones de VPULSE. A pesar de que los nuevos valores ingresados representan un nuevo valor de CC de la onda el programa da crdito a los nuevos valores ingresados sin importar lo que qued en el rengln DC de VPULSE. 8. Nuevamente hacemos click en el iconito de Analysis/Setup 9. Retiramos la x del anlisis de DC Sweep y presionamos el botn de Transient. 10. Tipeamos 50ns en Print Step. 11. Con Tab nos vamos a Final Time donde tipeamos 5u. Click OK o Enter. Vemos que el anlisis mencionado qued automticamente seleccionado con la respectiva x. Click OK. 12. Ahora simplemente lanzamos la simulacin con F11 o con el iconito La forma obtenida de PROBE se suministra al final del trabajo.

Para la simulacin de algunos circuitos es conveniente prolongar el perodo de anlisis Transitorio ms all de lo usual, para el caso por ejemplo del circuito rectificador de media onda o de onda completa, generalmente basta con especificar un tiempo de 50 ms pero en cambio se recomienda prolongar el Final Time a 250 ms a fin de dejar pasar los primeros ciclos del rgimen transitorio de la visualizacin en Probe. A fin de evitar una forma de onda muy "lineal por tramos" se recomienda un Step Ceiling de unos 100 s. Esto depender del tipo de PC en que se est corriendo la simulacin, no es conveniente disminuir demasiado este ltimo parmetro pues la finalizacin del anlisis se demora ms de lo necesario. A fin de reconocer fcilmente las magnitudes a visualizar en el Probe se recomienda asignar un nombre a cada nodo importante, supongamos que al circuito rectificador de media onda se le desea asignar la identificacin 1 a la entrada de seal, es decir al nodo del diodo y un 2 en la salida, es decir en el ctodo. Para ello 2click en un tramo de conductor (no en el pin del componente ni de la fuente) y le asigna el nombre. Verificar que en el Schematics men Options - Display Preferences est seleccionado la opcin Display para Labels. Si se desea visualizar una seal de tensin o corriente de un nodo determinado ni bien arranca el Probe se debe incluir Mark Voltage/Level del men Markers en los nodos a visualizar. Recordar que para un marcador de corriente se debe colocar dicho marcador en el pin mismo de un componente y no en un tramo de conductor. Supongamos que inicialmente solo deseamos ver la forma de onda de salida. Si se dispuso el anlisis transitorio como se recomend anteriormente se obtendrn muchos ciclos en la pantalla de Probe. Para un anlisis inicial del efecto de rectificacin, de la cada en los diodos y del efecto del codo en el arranque de la onda es conveniente en el mismo Probe restringir el alcance del eje X como si estuviramos modificando la base de tiempo de un osciloscopio. Del men Plot - X Axis Settings marcar User Defined y entrar 50ms en lugar de 250ms. Ahora supongamos que deseamos comparar con la onda de entrada que tambin sabemos que es de tensin y de una magnitud comparable a la de salida. Del men Trace - Add o simplemente presionar la tecla Insert. Seleccionar V(1) y podr superponer las dos ondas con la misma escala vertical. Realizar comparaciones de magnitudes de tensin de pico en cada onda por medio de los cursores, para ello repasar los conceptos en la publicacin ya mencionada. Si ahora se desea visualizar la forma de onda de corriente Insert - I(D1) sin embargo al intentar visualizar una seal de corriente sobre otras de tensin se produce una visualizacin inadecuada de la ltima seal incorporada por lo que en esta instancia se disponen de dos opciones, se hace click en el identificador de la seal ubicada en el eje X correspondiente a I(D1) y CTRL-X para cortar (debe desaparecer la seal del Probe), del men Plot - Add Y Axis y a continuacin CTRL-V, pegando de esta manera I(D1) sobre un nuevo eje vertical paralelo al original de las dos seales de tensin. La otra opcin consiste en separar la pantalla Probe en dos, dejando un par de ejes para visualizar tensin y otro para para visualizar corriente, del men Plot - Add Plot y all recin incorporamos I(D1). Ahora Insert y seleccionar AVG de los comandos Functions or Macros, ahora seleccione la magnitud que desea medir, I(D1) por ejemplo. En esta instancia se deber ampliar la informacin horizontal a 250ms para dejar pasar el transitorio. Compruebe que si bien la corriente de pico supera el amper, el promedio permite seleccionar un diodo pequeo.